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  • 一种六相电机直接转矩控制系统及其控制方法
一种六相电机直接转矩控制系统及其控制方法 授权有效中;
  • 专利(申请)号: CN201810430573.6
  • 专利类型: 发明;
  • 主分类: H电学;
  • 产业领域: 智能电网
  • 专利来源: 高校;
  • 申请日: 2018-05-08
  • 原始申请人: 长安大学
  • 当前专利权人: 长安大学
  • 交易方式: 转让; 许可;
  • 其他交易方式:
  • 参考价格(元): ¥15000
  • 联系方式: 运营平台029-65666507/29

长安大学电子与控制工程学院;2023年12月19日生效备案许可(备案日期:20231130):陕西云瑞创智科技有限公司;许可预计年底到期

摘要

【 中文摘要 】本发明公开了一种六相电机直接转矩控制系统及其控制方法,直接转矩控制系统分别与六桥臂逆变器和六相双Y绕组电机连接,六桥臂逆变器的六个桥臂中点分别对应连接六相双Y绕组电机的六相绕组终端,六桥臂逆变器中的每个逆变器桥臂均由两个功率开关管串联而成,每个逆变器桥臂上两个功率开关管的连接点为对应桥臂的中点,串联后的功率开关管两端分别连接直流电源的正极和负极,六桥臂逆变器中的前三个逆变器桥臂组成逆变器I,后三个逆变器桥臂组成逆变器II,直接转矩控制系统通过获取逆变器I和逆变器II的开关触发信号实现对六相双Y绕组电机的直接转矩控制。本发明简化计算步骤,降低计算难度,实现高精度、快响应的控制。

【 英文摘要 】The invention discloses a direct torque control system and method of a six-phase motor. The direct torque control system is connected with a six-arm inverter and a six-phase double-Y-winding motor, middle points of six arms of the six-arm inverter are connected with six phases of winding terminals of the six-phase double-Y-winding motor correspondingly, each inverter arm of the six-arm inverter isformed by connecting two power switch tubes in series, a connecting point of the two power switch tubes in each inverter arm is the middle point of the corresponding arm, the two ends of the serial-connected power tubes are connected with anode and cathode of a DC power supply respectively, the former three inverter arms in the six-arm inverter form a first inverter, the latter three in the sameform a second inverter, and the direct torque control system obtains switch triggering signals of the first and second inverters to realize direct torque control for the six-phase double-Y-winding motor. According to the control system and method, calculation steps are simplified, the calculation difficulty is reduced, and control of high precision and rapid response is realized.

技术摘要(来自于incoPat)

【 用途 】

电力动力电机六相电机
计算控制控制系统直接转矩控制系统

【 技术功效 】

技术功效句

本发明采用的六相电机控制电路及其控制方法比较适用于高压大功率电机应用领域; 实现方便; 三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠; 系统的控制精度提升、响应速度加快; 损耗小;

 继承了三相直接转矩控制方法所具有的结构简单、鲁棒性强等优点; 简化了传统六相电机需要进行六维矢量解耦的复杂计算难度; 其开关速度快; 开关损耗小; 实现六相双Y型绕组电机的整体和独立控制效果;

 实现了对六相电机高精准、快响应的控制; 且耐压高; 开关速度高; 可靠性显著提高

技术功效短语适用于应用领域; 方便; 结构简单; 控制精度; 损耗小; 复杂计算难度; 开关速度快; 速度加快; 开关小; 实现电机整体; 简化六维矢量解耦; 快响应控制; 实现独立控制效果; 耐压高; 鲁棒性强; 开关速度高; 运行可靠; 高精准; 可靠性提高
技术功效1级适合性; 便利性; 复杂性; 精度; 损耗; 速度; 开关; 整体性; 可控性; 耐压; 鲁棒性; 可靠性; 高精准
技术功效2级适合性提高; 便利性提高; 复杂性降低; 精度提高; 损耗降低; 速度提高; 开关降低; 整体性; 可控性; 耐压提高; 鲁棒性提高; 可靠性提高; 高精准
技术功效3级

应用领域适合性提高; 便利性提高; 结构复杂性降低; 可控性精度提高; 损耗降低; 计算难度复杂性降低; 开关速度速度提高; 速度速度提高; 开关降低; 实现电机整体性; 六维矢量解耦复杂性降低;

 响应可控性速度提高; 实现独立效果可控性; 耐压提高; 鲁棒性提高; 开关速度提高; 运行可靠性提高; 高精准; 可靠性提高

技术功效TRIZ参数35-适应性、通用性;33-操作流程的方便性;36-系统的复杂性;28-测量精度;23-物质损失;09-速度;37-控制与测量的复杂性;27-可靠性;

分类号

【技术分类】

主分类号

H02P21/30;

  • H 电学

  • H02

    发电、变电或配电

  • H02P

    电动机、发电机或机电变换器的控制或调节;控制变压器、电抗器或扼流圈〔4〕

  • H02P21/00

    通过矢量控制,例如磁场方向控制来控制电机的设备或方法〔6,8〕

  • *H02P21/24

    不涉及转子位置或转子速度传感器的使用的矢量控制[2016.01]

  • **H02P21/28

    基于控制的定子流量[2016.01]

  • ***H02P21/30

    直接转矩控制[DTC]或磁场加速方法[2016.01]

IPC分类号
CPC分类号H02P27/12; H02P21/30;

【行业分类】

国民经济行业分类

制造业

国民经济行业(主)

制造业

新兴产业分类

智能电网产业

新兴产业(主)

智能电网产业

知识密集型分类

新装备制造业

学科分类

工程

清洁能源产业

风能产业太阳能产业生物质能产业水力发电产业其他清洁能源产业

数字经济核心产业

数字产品制造业

专利历程

  • 2018-05-08

    申请日

    CN201810430573.6(当前专利)

    申请号

  • 2018-09-25

    首次公开日

    CN108574442A

    首次公开号

  • 2021-03-30

    授权公告日

    CN108574442B(当前专利)

    授权公告号

  • 2038-05-08

    预估到期日

    计算因素

其他著录项

代理机构西安通大专利代理有限责任公司 61200
代理人高博
申请语言汉语
审查员白超

原文

1.一种六相电机直接转矩控制系统的直接转矩控制方法,特征在于,六相电机直接转矩控制系统包括六桥臂逆变器、六相双Y绕组电机和直接转矩控制系统,六桥臂逆变器包括第一逆变器桥臂L1、第二逆变器桥臂L2、第三逆变器桥臂L3、第四逆变器桥臂L4、第五逆变器桥臂L5及第六逆变器桥臂L6,第一逆变器桥臂L1由第一功率开关管T1和第二功率开关管T2组成;第二逆变器桥臂L2由第三功率开关管T3和第四功率开关管T4组成;第三逆变器桥臂L3由第五功率开关管T5和第六功率开关管T6组成;第四逆变器桥臂L4由第七功率开关管T7和第八功率开关管T8组成;第五逆变器桥臂L5由第九功率开关管T9和第十功率开关管T10组成,第六逆变器桥臂L6由第示意功率开关管T11和第十二功率开关管T12组成;第一功率开关管T1、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4、第五功率开关管T5、第六功率开关管T6、第七功率开关管T7、第八功率开关管T8、第九功率开关管T9、第十功率开关管T10、第十一功率开关管T11和第十二功功率开关管T12均采用IGBT或MOSFET功率器件;

直接转矩控制系统包括转速调节器、转矩和磁链计算单元、滞环调节器和开关矢量表,六相双Y绕组电机的两套三相绕组与六桥臂逆变器连接,将两套三相绕组按照两个独立电机的形式进行同时直接转矩控制,使用转速调节器生成给定转矩T*,该信号同时提供给两套直接转矩控制方案中,采用滞环控制方式对给定转矩T*和计算转矩T1,T2的偏差eT1,eT2、给定的常值磁链幅值φ*和计算的定子磁链φα1,φβ1,φα2,φβ2的偏差进行调节控制;

滞环调节器的输出值H1,H2、H3,H4和两个转矩和磁链计算单元计算的磁链矢量扇区号N1,N2分别输入到两个开关矢量表,通过查询两个开关矢量表的方式确定最终的逆变器开关控制信号Vk,V′k,通过两个开关矢量表获取逆变器I和逆变器II的开关触发信号实现六相双Y绕组电机的直接转矩控制;

直接转矩控制系统分别与六桥臂逆变器和六相双Y绕组电机连接,六相双Y绕组电机包括A、B、C绕组和D、E、F绕组,每套三相绕组的三相互差120度电角度,两套三相套组偏移30度电角度,A、B、C绕组和D、E、F绕组各有一个公共点o和o’,六桥臂逆变器的六个桥臂中点分别对应连接六相双Y绕组电机的六相绕组终端,六桥臂逆变器中的每个逆变器桥臂均由两个功率开关管串联而成,每个逆变器桥臂上两个功率开关管的连接点为对应桥臂的中点,串联后的功率开关管两端分别连接直流电源的正极和负极,六桥臂逆变器中的前三个逆变器桥臂组成逆变器I,后三个逆变器桥臂组成逆变器II,直接转矩控制系统通过获取逆变器I和逆变器II的开关触发信号实现对六相双Y绕组电机的直接转矩控制;

六相双Y绕组电机采用具有不对称绕组结构的六相交流异步电机、六相永磁同步电机或六相永磁无刷直流电机,针对两套绕组采用双直接转矩合成控制方式,将一台六相双Y型绕组电机按照两台Y型绕组电机分别进行直接转矩控制,在系统中,给定转矩磁链与实际转矩磁链经过滞环调节器模块后得到的滞环调节器输出值,再利用开关状态选择表并从中获取逆变器的功率开关触发信号,生成统一的逆变器开关电压矢量,实现六相双Y绕组电机的整体和独立控制,包括以下步骤:

S1、六相双Y绕组电机的给定转速ω*与实际转速ω经过速度调节模块后得到速度误差eω,速度误差eω经电流PI调节器后输出给定电流I*如下:

其中,Kp为比例常值系数,Ki为积分常值系数;

S2、利于给定电流I*计算得到给定转矩T*如下:

其中,Ke为常值系数;

S3、利用电流传感器检测六相双Y绕组电机的六相定子绕组相电流Iabcdef和六相定子绕组相电压Vabcdef计算两相静止坐标系下的电流Iα1,Iβ1,Iα2,Iβ2和电压Vα1,Vβ1,Vα2,Vβ2,电流Iα1,Iβ1,Iα2,Iβ2和电压Vα1,Vβ1,Vα2,Vβ2计算如下:

其中,X=I或V;
S4、计算电机定子磁链φα1,φβ1,φα2,φβ2、磁链幅值φ1,φ2、磁链角θ1,θ2和电磁转矩T1,T2,电机定子磁链φα1,φβ1,φα2,φβ2、磁链幅值φ1,φ2、磁链角θ1,θ2和电磁转矩T1,T2计算如下:
   


 

其中,Rs为电机绕组等效电阻,p为电机极对数;

S5、根据给定的常值磁链幅值φ*和磁链幅值φ1,φ2计算磁链偏差送入两个磁链滞环调节器,得到滞环调节器输出值H1,H2;

S6、由之前计算得到的给定转矩T*和计算得到的T1,T2计算转矩偏差eT1,eT2,送入两个转矩滞环调节器,得到滞环调节器输出值H3,H4;

步骤S5和S6中,滞环调节器输出值H1,H2计算如下:
 

其中,δ1,δ2分别为两个磁链滞环调节器的设定容差常数值;

滞环调节器输出值H3,H4计算如下:

 

其中,δ3,δ4分别为两个转矩滞环调节器的设定容差常数值;

S7、根据计算的磁链角θ1,θ2查询磁链扇区所在扇区查询表得到定子磁链矢量所在的扇区号N1,N2;

S8、根据步骤S7计算的定子磁链矢量所在的扇区号N1,N2和步骤S5、S6计算的滞环调节器输出值H1,H2,H3,H4查询开关选择表I和开关选择表II得到驱动逆变器I和II功率开关需要的电压矢量Vk,V′k,k=1,2,3,4,5,6,利用开关选择表I和开关选择表II生成两组电压矢量对应的逆变器开关通断状态同时输入至六桥臂逆变器实现对六相双Y绕组电机的控制;

开关选择表I

   

表3为开关选择表II

通过计算的扇区号N1,N2和滞环调节器输出值H1,H2,H3,H4,再利用两个开关选择表可以生成两个电压矢量Vk,V′k;根据所得到的这两个电压矢量可以确定逆变器对应的十二个功率开关的通断状态,逆变器控制六相双Y绕组电机正常工作。

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